Kinetika Reaksi Enzim-katalis

8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

1/40

KINETIKA REAKSI ENZIM-KATALIS

Ghilandy Ramadhan

1206242012


2/40

KINETIKA

REAKSI

ENZIM-

KATALIS

KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI

ENZIM

KINETIKA ENZIM SEDERHANA

DENGAN 1 ATAU 2 SUBSTRAT

KINETIKA MICHAELIS-MENTEN

EVALUASI PARAMETER PERSAMAAN MICHAELIS-MENTEN

KINETIKA REAKSI REVERSIBEL, REAKSI DUA SUBSTRAT & AKTIVASIKOFAKTOR

MENENTUKAN KONSTANTA LAJU

TAHAP AWALKINETIKA RELAKSASI

HASILHASIL INVESTIGASI KINETIKA-TRANSIEN

POLAPOLA KONSENTRASISUBSTRAT TERIKAT

AKTIVASI & INHIBISI SUBSTRAT

BANYAK SUBSTRAT BEREAKSI PADA SATU ENZIM

MODULASI & REGULASI AKTIVITASENZIM

MEKANISME MODULASI REVERSIBEL ENZIM

ANALISIS PENGARUH MODULATOR REVERSIBEL PADA KINETIKA

ENZIM

FAKTORFAKTOR YANG

MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM

PENGARUH PH PADA SOLUSI KINETIKA ENZIM

LAJU REAKSI ENZIM & SUHU

DEAKTIVASI ENZIMMEKANISME & MANIFESTASI DENATURASI PROTEIN

MODEL DEAKTIVASI & KINETIKA

GAYA AKSI MEKANIS ENZIM

STRATEGI STABILISASI ENZIM

REAKSI ENZIM PADA SISTEM

HETEROGEN


3/40

PENDAHULUAN

Ekstraksi enzim pertamaBuchner, 1897

Isolasi enzim pertamaSumner, 1926

6 klasifikasi enzim :

1. Oksidoreduktase reaksi oksidasi dan reduksi

2. Transferase transfer gugus fungsional suatu substrat

3. Hidrolase reaksi hidrolisis

4. Liase reaksi adisi ikatan ganda

5. Isomerase Isomerisasi

6. Ligase pembentukan ikatan dengan bantuan ATP

Enzim sebagai katalismempercepat atau memperlambatreaksi tanpa ikut bereaksitidak mengganggukesetimbangan reaksi yang ada


4/40

Kofaktor unsur nonprotein yang dikombinasikan denganapoenzim (protein inaktif) secara katalitik memberi Unsur

nonprotein

Fungsi : memaksimalkan kinerja tiap enzim yang berasal dari

mikroorganisme

Ko

fak

tor

En

zi

m


5/40

KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI ENZIM

Keberadaan kompleks enzim substrat dapat diidentifikasi melalui x-ray

crystallography, spektroskopi, dan resonansi electron-spin.

Substrat menempel pada bagian spesifik dari suatu enzim yang disebut

dengan sisi aktif, tempat berlangsungnya reaksi dan produk dihasilkan

Dua pernyataan berbeda dalam menjelaskan aktifitas enzim: Enzim dapatmemegang substrat sehingga sisi aktifnya berdekatan satu sama lain, hal

ini dapat mempercepat reaksi kimia(proximity effect) dan Enzim

mempercepat reaksi dengan susbtrat yang tidak simetris dengan

memanfaatkan ketepatan orientasi(orientation effect)

Lock & Key Induced Fit


6/40

Kompleks terbentuk ketika kunci substrat bergabungdengan gembok enzim. Pada gambar 3.2 terdapat ikatanhydrogen yang terbentuk antara substrat dan grup yangterpisah jauh dalam rantai asam amino pada enzim.Molekul protein dilipat sehingga grup rantai samping asamamino reaktif dalam enzim hadir situs yang sangat spesifikuntuk substrat.

Induced Fit Theory yaitu struktur sisi aktif enzim berubahakibat substrat yang menempel

1. Proximity Effectenzim bekerja dengan menahansubstrat-substrat sehingga bagian aktif berada pada posisidekat satu sama lain dan dengan kelompok enzim katalitik

2. Orientation Effectenzim mengikat substrat pada posisidimana enzim dapat mempercepat reaksi


7/40

KINETIKA ENZIM SEDERHANA DENGAN 1

ATAU 2 SUBSTRAT

Jika sebuah reaksi enzimatik, yaitu , makalaju reaksi , dalam kondisi quasi-steady statedapatdinyatakan sebagai:

= konsentrasi molar dari substrat

= konsentrasi molar dari produkdengan satuan mol per satuan volume per satuanwaktu

=

=


8/40

Laju reaksi besaran intensif (pada setiap titik dalamcampuran reaksi)

jika konsentrasi atau besaran intensif lainnya berubahdari satu titik ke titik lainnya maka laju reaksi akan

bervariasi sesuai posisinya di dalam campuran.

studi kinetika eksperimental reaktor mixed-well akansering digunakan, laju reaksi dianggap seragam disetiap titik dalam campuran.

titik dalam campuran : sejumlah volume yangmengandung banyak molekul namun relatif sangat kecil

jika dibandingkan dengan keseluruhan sistem reaksi


9/40

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mengukur kinetika

enzimatik, yaitu:

Pada waktu t=0, campuran antara substrat dan enzim murni

dicampur di dalam tabung tertutup isotermal yang berisi

larutan buffer untuk mengontrol pH.

Konsentrasi substrat dan/ atau produk dipantau pada waktu

yang bervariasi.

Secara umum, hanya initial-rate yang digunakan untuk

menentukan laju reaksi. Selama kondisi reaksi pada t=0

diketahui dengan baik, kurva initial slopedari substrat atau

konsentrasi produk vs. waktu dapat diestimasi dari data:


10/40

Unit atau aktivitas unit: Jumlah enzim yang

diberikan sebagai aktivitas katalis dalam

kondisi standar yang disesuaikan

Contoh: Satu unit glukoamilase didefinisikan

sebagai jumlah enzim yang memproduksi 1

mikromol glukosa per menit dalam 4% larutan

Lintner starch pada pH 4.5 dan 60 C


11/40

Kinetika Michaelis-Menten

Gambar 3.7. Data Kinetika Reaksi Enzimatik

(Sumber: James E. Bailey dan David F. Ollis. Biochemical

Engineering Fundamental)


12/40

Dari Gambar 3.7 kita mendapatkan informasi sebagai berikut :

Laju reaksi laju reaksi orde satu dengan konsentrasisubstrat yang rendah.

= . dengan n adalah orde reaksi Jika konsentrasi substrat ditingkatkan secara terus menerus,

maka orde reaksi dari substrat akan berkurang dari orde 1menjadi orde 0.

Laju reaksi proporsional dengan jumlah total enzim yangtersedia.

Observasi Henri (1902), mendapatkan persamaan laju yaitu:

=

+, Dimana =


13/40

Michaelis- Menten (1913) mendapatkan persamaan yang dapat diaplikasikandalam penurunan model kinetik yang cukup rumit.

(3.4.a)

(3.4b)

Mula-mula, diasumsikan bahwa enzim (E) dan substrat (S) membentukkompleks ES, kemudian berubah menjadi produk (P) dan enzim yang bebas(E).

ESSE

k1

k1'

PEES

k2

Henri dan Michaelis-Menten mengasumsikan bahwa reaksi 3.4a

berada dalam kondisi setimbang. Sehingga menurut hukum mass-action, laju molekularnya menjadi

()=

= = (3.5)

*s, e, dan (es) konsentrasi dari S, E dan ES.


14/40

Perubahan kompleks ES menjadi produk dan enzim bebas,

dapat diasumsikan berlangsung secara irreversible.

=

= (3.6)Jumlah keseluruhan enzim dapat dinyatakan sebagai:

( ) = (3.7)

*=konsentrasi total enzim yang terdapat dalam sistem.

Sehingga kinetika Michaelis-Menten dapat dideskripsikanpula dengan persamaan 3.3, yaitu:

=

+

*Parameter merupakan laju maksimum atau pembatas,dan merupakan konstanta Michaelis.


15/40

Briggs dan Haldane juga menurunkan persamaan 3.3. Untuk reaksi yang

berlangsung di dalam tabung tertutup well-mixed, neraca massa dari substrat dan

kompleks ES, yaitu

=

= ()

()

= ()

Dari persamaan

( ) =

diperoleh nilai s dan es pada kondisi mula-mula yaitu:

0 = 0 = 0

Briggs dan Haldane mengasumsikan bahwa

()

= 0 (3.8)

Asumsi ini disebut juga quasi steady-state approximation, yang dapat dibuktikan

pada reaksi enzimatik dalam sistem tertutup, saat nilai /bernilai cukup kecil.

Penurunan persamaan Briggs-Haldane, menjadi

=

=

+ (3.9)


16/40

sesuai dengan persamaan Michaelis-Menten yang

dihasilkan, maka

= (3.10)

= +

(3.11)

=

=

+ (3.12)

= l n

(3.13)

Persamaan 3.13 persamaan yang seringkali digunakan untuk

menghitung waktu reaksi yang dibutuhkan untuk mencapai

konsentrasi substrat yang bervariasi.

Namun, persamaan tersebut tidak dapat digunakan dalam beberapa

kasus, seperti saat kondisi konsentrasi total enzim mendekati atau quasi steady-state approximation tidak terpenuhi, dikarenakan

hasil yang didapatkan mengalami deviasi yang sangat signifikan.


17/40

Evaluasi Parameter Persamaan

Michaelis-Menten Parameter dan dapat diestimasi dengan memplot

persamaan Michaelis-Menten:

1. Plot Lineweaver-Burk

1

= 1

1

2. Plot Eadie-Hofstee

=

3. Plot

=

Persamaan lineweaver-

burk mem-plot

antara , Nilailaju yang paling akurat

adalah yang mendekati

nilai vmax, yang titik-

titiknya akan mendekati

asalnya, sedangkan nilai

yang kurang akurat akanjauh dari asalnya dan

biasanya menjadi acuan

yang kuat untuk

menentukan gradien


18/40

Kinetika Reaksi Reversibel, Reaksi Dua

Substrat & Aktivasi Kofaktor

1. Reaksi Reversibel

(3.17a)

(3.17b)

Nilai laju reaksi persamaan diatas adalah:

=

=

=

1

dimana nilai vsdan Kssama dengan nilai vmaxdan Kmdan nilai vpdan Kp,yakni : =

=


19/40

2. Reaksi Dua Substrat

K1 K2 K12 K21

Sehingga, =

Konstanta

kesetimbangan

disosiasi


20/40

dengan menjumlahkan 4 persamaan pertama diatas, maka didapat:

=

1

12

Persamaan diatas dapat disederhanakan dengan memerhatikan keperluan kesetimbangan sebagaiberikut:

= Lalu dihasilkan :

=

Dimana

=

Dan

=

Persamaan diatas menunjukkan laju maksimum semu dan konstanta dari fungsi konsentrasi S2.


21/40

3. Aktivasi Kofaktor

Ketika kofaktor terlibat, baik metal ion atau

koenzim, sehingga terdapat substrat kompleks

yang terdiri dari kompleks apoenzim-koenzim,

maka :

=


22/40

MENENTUKAN KONSTANTA LAJU

TAHAP AWAL

Parameter vmax dan km, bergantung terhadapkonstanta laju dasar. Namun parameter tersebut tidakbisa digunakan untuk menentukan kontanta laju dasar.Tapi, yang dibutuhkan adalah hubungan tidak terikat

dari konstanta laju dasar dengan data eksperimen. Ada dua buah metode, yakni metode kinetikapre-

steady-state dan metode kinetika relaksasi. Untukmetode kinetikapre-steady-state, hanya berfokus padaperiode pendek setaelah reaksi terinisiasi dan

pendekatan quasi-steady-statetidak digunakan. Untukmetode kinetika relaksasi, hanya mengeksplor reaksiyang terjadi pada skala nanoseconds.


23/40

Kinetika RelaksasiReaksi kesetimbangan antara substrat, enzim, dan kompleks enzim

substrat :

Dapat diketahui neraca massa untuk s

= =

Maka

=

Menjadi

= Jika s* dianggap konsentrasi s pada kestimbangan, setelahperubahan langkah, maka s* dapat ditentukan dengan:

= 0


24/40

Pada eksperimen relaksasi, s mendekati s*. Sehingga f(s) dapatditentukan menggunakan ekspansi taylor.

Deviasi dari konsentrasi keseimbangan dapat dihitung dari :

= Sehingga neraca massa linearisasi dapat dihitung menggunakan :

= 2

Jika sistem berada pada kesetimbangan lama, saat kondisi awal 0 =

Dan =

Dimana

= 2

=


25/40

HasilHasil Investigasi Kinetik-Transien


26/40

POLAPOLA KONSENTRASI SUBSTRAT

TERIKAT


27/40

Aktivasi & Inhibisi Substrat


28/40

Banyak Subtrat Bereaksi Dengan Satu

Enzim


29/40

MODULASI & REGULASI AKTIVITAS

ENZIM


30/40

Mekanisme Modulasi Reversibel Enzim


31/40

Analisis Pengaruh Modulator Reversibel

Pada Kinetika Enzim


32/40

FAKTORFAKTOR YANG

MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM


33/40

Pengaruh PH Pada Solusi Kinetika Enzim


34/40

Laju Reaksi Enzim & Suhu


35/40

DEAKTIVASI ENZIM


36/40

Mekanisme & Manifestasi Denaturasi

Protein


37/40

Model Deaktivasi & Kinetika


38/40

Gaya Aksi Mekanis Enzim


39/40

Strategi Stabilisasi Enzim


40/40

REAKSI ENZIM PADA SISTEM HETEROGEN

Kinetika Reaksi Enzim-katalis

Documents

Transcript of Kinetika Reaksi Enzim-katalis